Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования (стр. 1 из 2)
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники»
Кафедра РЭС
РЕФЕРАТ
на тему:
«Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования»
Минск, 2008
Способ охлаждения во многом определяет конструкцию, поэтому уже на ранней стадии проектирования (техническое предложение и эскизный проект). Необходимо выбрать способ охлаждения и только после этого приступить к разработке. На ранней стадии в распоряжении конструктора имеется техническое задание, в котором заключены сведенья о характерах теплового режима, для выбора способа охлаждения требуются следующие данные:
- мощность рассеиваемая в блок
;- диапазон возможного изменения температуры окружающей среды
, 
;- пределы изменения давления окружающей среды
, 
;- время непрерывной работы
;- температура наименее теплостойкого элемента
;Прежде чем приступить к расчету, необходимо рассчитать коэффициент заполнения по объему:
. (1)где
- объем i-ого элемента; 
- число элементов; 
- объем занимаемый электронной системой.Коэффициент заполнения по объему характеризует степень полезного использования объема он, как правило, задается в техническом задании.
Расчет теплового режима будем осуществлять с помощью графиков характеризующих целесообразность применения различных способов охлаждения. Эти графики построены на основе статистических данных. Для удобства их использования необходимо получить некоторые количественные данные.
При расчете время непрерывной работы
должно быть длительным, так как кратковременного или периодического режимов описанный способ применить нельзя. На тепловые характеристики влияние оказывает давление, особенно пониженное. Площадь корпуса электронной системы и коэффициент заполнения по объему 
используются для определения условной величины поверхности теплообмена, который определяется: 
(2)где
- геометрические размеры корпуса аппарата.В том случае если способ охлаждения выбирается для большого элемента, то величина поверхности теплообмена определяется из соответствующих чертежей по геометрическим размерам поверхности находящемся в непосредственном контакте с теплоносителем. За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения принимается величина плотности теплового потока проходящего через поверхность теплообмена. Эта величина определяется следующим образом:
, (3)где
- коэффициент, учитывающий давление воздуха. Определяется по таблицам (например Дульник Г.М. “Тепломассаобмен в РЭА”).При нормальном атмосферном давлении
.Вторым показателем может служить минимально допустимый перегрев элемента, который определяется следующим образом:
, (4)где
- допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента, т.е. это, есть минимальное значение температуры элемента, а для больших элементов, это допустимая температура охлаждаемой поверхности. 
- температура среды; для естественного воздушного охлаждения 
, т.е. соответствует максимальной температуре которая задается в техническом задании; для принудительного воздушного охлаждения 
, т.е. соответствует температуре воздуха (жидкости) на входе в электронную систему.На рисунке 1 показаны области целесообразного применения различных способов охлаждения.
Верхние кривые соответствуют
, обычно их применяют для выбора способа охлаждения больших элементов, нижние кривые – блоков, стоек и т.д. 
Здесь 1 – естественное воздушное охлаждение; 2 – возможно применение естественного и принудительного воздушного охлаждения; 3 – принудительное воздушное охлаждение; 4 – принудительное воздушное и жидкостное охлаждение; 5 – принудительное жидкостное охлаждение; 6 – принудительное жидкостное и естественное испарительное охлаждение; 7 – принудительное жидкостное принудительное и естественное испарительное охлаждение; 8 – принудительное и естественное испарительное охлаждение; 9 – принудительное испарительное охлаждение.
Наиболее полно задача выбора способа охлаждения рассмотрено для области 1 и 2.
Рассмотрим, например порядок выбора способа охлаждения, когда показатели
и 
попадают в область 2, для этой цели построены дополнительные графики (рис. 2-5). 
По осям координат отложены показатели электронных систем, причем на оси ординат даны 4 шкалы (рис. 2) и 5 (рис. 3) для различных массовых удельных расходов (предполагается на единицу площади сечения) принудительного движения воздуха, причем, если
- естественное охлаждение, а если 
- внутреннее перемешивание воздуха.Пример: электронная система с показателями
, 
при естественном воздушном охлаждении в герметичном корпусе вероятность обеспечения теплового режима 
, а при внутреннем перемешивании воздуха с удельным расходом 
, вероятность обеспечения 
.На рис. 5 в отличие от предыдущих введен еще один показатель – массовый расход воздуха на единицу рассеиваемой электронной системы мощности
. Расход воздуха на охлаждение должен быть задан в техническом задании или можно пользоваться принятыми приближенными оценками:- при рациональном конструировании тепловой режим электронной системы можно обеспечить при удельном расходе воздуха
- в стационарных электронных системах, где нет столь жесткого ограничения по габаритам, массе и энергопотреблению
.Увеличение расхода воздуха имеет смысл в том случае, если это приводит к увеличению надежности электронной системы.
Рассмотрим более подробно смысл вероятностных оценок приведенных на рис. 2-5. При проектировании электронной системы необходимо обеспечить выполнение множества различных требований, важнейшими из которых являются:
- электротехнические требования;
- высокая надежность (наработка на отказ, безотказность работы);
- уменьшение массы и объема;
- создание нормального теплового режима;
- защита от ударов и вибраций, акустических шумов;
- снижение стоимости;
- улучшение технологичности и т.д.
С учетом сказанного процесс проектирования становится трудноформулируемой задачей.
При выборе способа охлаждения следует руководствоваться следующими правилами:
- если точка с заданными параметрами на одном из графиков (рис. 2-5) попадает в область вероятности
, то можно остановиться на данном способе охлаждения.